盆地內(nèi)大面積砂體分布的一種成因機(jī)理①——干旱氣候下季節(jié)性河流沉積

高志勇 周川閩 馮佳睿 崔京鋼 郭美麗 吳 昊

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)研究中心 北京 100083;2.提高石油采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院) 北京 100083;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院 北京 100083)

0 引言

我國(guó)西部準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木庫(kù)車(chē)坳陷侏羅系—下白堊統(tǒng)的大面積、厚層狀砂礫巖油氣勘探獲得了重大發(fā)現(xiàn)［1-6］，突顯出大面積、厚層狀砂礫巖體與厚層狀泥巖紅層的成因機(jī)理研究尤為重要。我國(guó)西部盆地自晚侏羅世一直發(fā)育半干旱—干旱氣候環(huán)境［7］，且大氣環(huán)流強(qiáng)度與現(xiàn)今大致相似［8］?，F(xiàn)今我國(guó)西北地區(qū)處于半干旱—干旱氣候環(huán)境，北天山前的瑪納斯河、頭屯河，南天山前的渭干河、塔里木河等典型的季節(jié)性河流是現(xiàn)今天山南北主要的沉積類(lèi)型［9-16］，砂泥巖沉積面積廣，厚度大，造就了廣泛的沖積平原。近年來(lái)，筆者對(duì)新疆地區(qū)的中上侏羅統(tǒng)碎屑巖沉積開(kāi)展了大量研究，通過(guò)分析現(xiàn)今準(zhǔn)噶爾盆地南緣多條季節(jié)性河流的沉積體系、砂體展布特征，對(duì)比準(zhǔn)南郝家溝—頭屯河剖面、瑪納斯河剖面中侏羅統(tǒng)頭屯河組上部—上侏羅統(tǒng)齊古組、喀拉扎組砂泥巖的巖相組合特征、巖石顏色、砂泥巖沉積構(gòu)造與古環(huán)境分析，認(rèn)為干旱氣候條件下季節(jié)性河流沉積可能更加符合野外露頭與鉆井所揭示的大面積、厚層狀砂礫巖體及紅色砂泥巖沉積的成因機(jī)理。該認(rèn)識(shí)不但對(duì)我國(guó)西部盆地干旱氣候條件下大面積展布的巨厚砂巖油氣勘探提供了重要參考，而且進(jìn)一步完善了對(duì)季節(jié)性河流沉積的認(rèn)識(shí)。

1 準(zhǔn)南現(xiàn)代季節(jié)性河流沉積

我國(guó)學(xué)者經(jīng)過(guò)多年對(duì)河流沉積的研究，在河型及其分類(lèi)、現(xiàn)代河流沉積調(diào)查、河流沉積相與相模式、沉積砂體建筑結(jié)構(gòu)精細(xì)解剖等多個(gè)方面取得了重要進(jìn)展［17-28］。在河流的分類(lèi)方面，可將天然河流分為常流河與季節(jié)河。常流河是指河道中具有永久性水流即常年維持一定流量的河流，季節(jié)河是指一年中某一季節(jié)或一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間中干涸無(wú)水的河流［29］。通常來(lái)講，干旱地區(qū)的河流均為季節(jié)性河流，現(xiàn)代季節(jié)性河流分布的地區(qū)，往往呈現(xiàn)出植被稀疏甚至地表裸露的荒涼景象。國(guó)內(nèi)關(guān)于現(xiàn)代季節(jié)性河流的研究主要集中在新疆等地區(qū)［9-16］，國(guó)外也開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作［30］。我國(guó)現(xiàn)代季節(jié)性河流在內(nèi)陸地區(qū)廣泛發(fā)育，其所在氣候?yàn)榘敫珊怠珊禋夂颦h(huán)境，河流長(zhǎng)度數(shù)百公里甚至上千公里，流域面積巨大，可達(dá)1×104km2以上，河流所攜帶砂泥量巨大，河谷寬度超過(guò)1 km。季節(jié)性河流徑流水源主要來(lái)自冰川融雪水及雨水［31］。在現(xiàn)今準(zhǔn)噶爾盆地南緣的北天山山前，由東向西發(fā)育頭屯河、瑪納斯河、奎屯河等多條季節(jié)性河流，河流在天山內(nèi)下切侵蝕，季節(jié)性河水?dāng)y帶大量礫石、沙泥等沖出山口，廣泛沉積于盆地之內(nèi)(圖1)。如圖1b所示，瑪納斯河流出山口后，在石河子市以北地區(qū)形成季節(jié)性辮狀河沉積，現(xiàn)今的河床寬1 km左右，多期疊置的心灘砂體分布。再向北由于地勢(shì)平坦，季節(jié)性辮狀河演變?yōu)榍骱映练e，河道蛇曲蜿蜒，大量的決口河道、廢棄河道、邊灘砂體沉積(圖1a)。現(xiàn)今北天山前季節(jié)性河流分布廣泛，構(gòu)成東西長(zhǎng)約200 km，南北亦有100 km，平面展布面積可達(dá)2×104km2的河道帶沉積。就現(xiàn)今準(zhǔn)噶爾盆地南緣而言，山前發(fā)育大面積的沖積扇礫石沉積，再向前發(fā)育大面積季節(jié)性辮狀河—曲流河沉積，盆地腹部則是廣泛的沙漠沉積，可以說(shuō)沖積扇、季節(jié)性河流、風(fēng)成(沙漠)沉積是干旱氣候下現(xiàn)今新疆地區(qū)大面積、厚層狀砂礫巖體及紅色泥巖沉積的重要成因機(jī)理。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣北天山前現(xiàn)代季節(jié)性河流與風(fēng)成沉積平面展布圖Fig.1 The modern ephemeral streams and eolian deposition in the southern margin of the Junggar Basin

2 中上侏羅統(tǒng)季節(jié)性河流沉積

關(guān)于古代季節(jié)性河流沉積研究成果較少［32-39］，干旱氣候下的季節(jié)性河流沉積與正常河流較為相似，但也具有特殊性，其具有與沖積扇、鹽湖及沙漠等環(huán)境共同發(fā)育的特點(diǎn)［40］。筆者對(duì)位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣郝家溝—頭屯河剖面、瑪納斯河剖面(圖1)的中侏羅統(tǒng)頭屯河組上部、上侏羅統(tǒng)齊古組和喀拉扎組開(kāi)展了砂體成因機(jī)理分析工作。郝家溝—頭屯河剖面位于烏魯木齊市西南，剖面地層出露好，侏羅系—下白堊統(tǒng)吐谷魯群各巖組連續(xù)發(fā)育?，敿{斯河紅溝剖面位于沙灣縣境內(nèi)，石河子市以南約70 km處的瑪納斯河畔［31］。由于中侏羅世晚期全球氣候開(kāi)始趨向于干旱化，晚侏羅世齊古組與喀拉扎組沉積時(shí)期，新疆北部地區(qū)為干旱氣候［41］，故準(zhǔn)噶爾南緣上侏羅統(tǒng)齊古組與喀拉扎組發(fā)育一套干旱氣候下的紅層沉積。

2.1 巖相與沉積構(gòu)造

本次研究的郝家溝頭屯河剖面起點(diǎn)為頭屯河組上部，終點(diǎn)為白堊系底部，實(shí)測(cè)剖面厚度達(dá)430 m(圖2、圖3A～D)。剖面巖相特征描述如下:①中侏羅統(tǒng)頭屯河組上段，如圖2中第1～11層及圖3A，下部為河道沉積的塊狀土黃色粗—中砂巖，底部沖刷面明顯(圖3E)，夾洪泛平原沉積的褐色、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖;中部為河道沉積的灰色塊狀中—細(xì)砂巖，底部見(jiàn)沖刷面，大型槽狀交錯(cuò)層理、楔狀層理發(fā)育，夾褐紅色泥巖、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖條帶，發(fā)育平行層理，屬洪泛平原與決口扇沉積;上部沉積的灰色中—細(xì)砂巖，發(fā)育小型交錯(cuò)層理，灰色含礫中—粗砂巖中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理，底部滯留礫石沉積，整體為河道沉積;頂部為褐紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰色細(xì)砂巖互層，發(fā)育平行層理，屬天然堤、決口扇及洪泛平原沉積。②上侏羅統(tǒng)齊古組，如圖2中第12～45層及圖3B，下段為第11～22層，以褐色泥巖、褐色泥質(zhì)粉砂巖夾褐紅色中—細(xì)砂巖、粉—細(xì)砂巖、灰色中—細(xì)砂巖為主，砂巖中發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理，底部見(jiàn)滯留泥礫沉積，屬邊灘沉積。褐色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育平行層理，特別是頂部的反韻律特征顯示了決口扇沉積;中段為第23～35層，巖性為四段灰色中—粗砂巖與褐色、灰色粉砂巖互層沉積，其中第26層下部為優(yōu)先充填河道砂體，塊狀構(gòu)造為主，其上為后期充填的大面積河道砂體，巖性為灰色中—細(xì)砂巖，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理，底部見(jiàn)滯留泥礫沉積，河道邊緣見(jiàn)楔狀層理。第28層為灰色細(xì)砂巖，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、平行層理、沙紋層理，多期河道砂巖沉積，部分河道底部滯留礫石沉積，泥礫石徑1～3 cm，整體為邊灘沉積(圖3F)。中段上部可見(jiàn)洪泛平原的褐色、褐紅色泥質(zhì)粉砂巖夾灰色粉砂巖條帶沉積、褐色泥質(zhì)粉砂巖與灰色粉—細(xì)砂巖互層的決口扇沉積。洪泛平原沉積中見(jiàn)褐色粉砂質(zhì)泥巖夾綠色泥質(zhì)粉砂巖條帶;上段為第36～45層，主要表現(xiàn)為洪泛平原沉積的褐色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，粉細(xì)砂巖透鏡體，發(fā)育水平層理、鈣質(zhì)結(jié)核等;表現(xiàn)為決口河道沉積的灰色塊狀細(xì)砂巖，塊狀構(gòu)造;表現(xiàn)為決口扇沉積的褐色泥質(zhì)粉砂巖夾灰色粉—細(xì)砂巖，底部見(jiàn)小型波狀層理、沙紋層理。③上侏羅統(tǒng)喀拉扎組，如圖2中第46～48層及圖3C，下段為灰色、灰綠色中—細(xì)砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，底部見(jiàn)滯留泥礫沉積，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理，屬辮狀河心灘沉積(圖3D);中段為灰色、灰綠色中—細(xì)砂巖與薄層紅褐色泥質(zhì)粉砂巖互層，發(fā)育平行層理及小型槽狀交錯(cuò)層理，底部見(jiàn)滯留泥礫沉積，多期河道疊置沉積;上段為灰色、灰綠色鈣質(zhì)中—粗砂巖，發(fā)育大型平行層理，河道沉積，砂體底部有沖刷面(圖3H)。④下白堊統(tǒng)吐谷魯群，如圖2中第49層及圖3D，為灰色、灰綠色礫巖，礫石呈棱角狀，礫石徑2～10 cm不等，屬?zèng)_積扇沉積。

2.2 巖石顏色

郝家溝—頭屯河剖面與瑪納斯河剖面中侏羅統(tǒng)頭屯河組上部、上侏羅統(tǒng)齊古組、喀拉扎組季節(jié)性河流沉積具有如下幾類(lèi)顏色:① 紅色、褐色、褐紅色、土黃色:當(dāng)巖石含高鐵氧化物或氫氧化物時(shí)可表現(xiàn)出這類(lèi)顏色，通常高鐵氧化物為主時(shí)偏紅或褐色，高鐵氫氧化物為主時(shí)偏黃或褐黃，均代表強(qiáng)氧化環(huán)境［42-43］。此類(lèi)顏色是郝家溝—頭屯河剖面與瑪納斯河剖面中泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖的主要顏色(圖3，4)。沉積物暴露地表，遭受氧化而成，反映當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為干旱或半干旱環(huán)境，為季節(jié)性河流的沉積古環(huán)境;②灰色:通常是因?yàn)閹r石含有機(jī)質(zhì)或分散低鐵硫化物(如黃鐵礦、白鐵礦)微粒的緣故，灰色是頭屯河組上部、齊古組、喀拉扎組中砂巖的主要顏色，反應(yīng)季節(jié)性河流水流量較大，水動(dòng)力較強(qiáng)，河水?dāng)y帶大量砂質(zhì)堆積而成(圖3，4);③灰白色:當(dāng)巖石不含有機(jī)質(zhì)常為這種顏色，該剖面中出現(xiàn)這種顏色的是鈣質(zhì)結(jié)核。鈣質(zhì)結(jié)核產(chǎn)出多以分散球狀分布于頭屯河剖面紅褐色泥巖和粉細(xì)砂巖中，通常認(rèn)為鈣質(zhì)結(jié)核是由于沉積單元出露地表或接近地表，常處于潛水面附近的強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境下形成的，是地層出露地表的標(biāo)志(圖4);④灰綠色:一般由巖石中含有低價(jià)鐵的礦物所致，反映弱氧化或弱還原環(huán)境，表明是動(dòng)蕩的氧化、還原交互環(huán)境，水體不穩(wěn)定。郝家溝—頭屯河剖面中褐紅色粉砂質(zhì)泥巖中常夾有灰綠色砂巖或粉砂巖條帶(圖3)，因沉積物暴露于地表，表層植物生長(zhǎng)、死亡及腐敗，沉積物表層含有較高的有機(jī)質(zhì)以及沉積物本身自生礦物顏色而被渲染為灰綠色［42］。

2.3 沉積古環(huán)境

沉積巖石中的微量元素特征受到古氣候和古環(huán)境的極大影響，陸地上的化學(xué)侵蝕變化受控于濕度和溫度，濕熱的氣候可以增強(qiáng)化學(xué)侵蝕。在化學(xué)侵蝕過(guò)程中，鈦(Ti)從原始材料中釋放出來(lái)，但在遷移之前就沉淀下來(lái)不會(huì)發(fā)生化學(xué)遷移，其與其它元素的比值可作為元素在化學(xué)侵蝕中行為的示蹤因子［44］?；瘜W(xué)侵蝕的加強(qiáng)可使侵蝕產(chǎn)物中鉀(K)含量增加，因此鉀/鈦(K/Ti)比值的高值體現(xiàn)強(qiáng)的化學(xué)侵蝕，其低值體現(xiàn)弱的化學(xué)侵蝕，該元素比值可以指示源區(qū)古氣候環(huán)境的變化:相對(duì)高的K/Ti比值代表了較強(qiáng)的化學(xué)侵蝕以及更為濕熱的氣候［45-47］。郝家溝—頭屯河剖面中侏羅統(tǒng)頭屯河組上部—上侏羅統(tǒng)齊古組、喀拉扎組巖石顏色以紫紅色、褐色、褐紅色為主，由巖石顏色可初步判斷其沉積時(shí)期古氣候以干旱為主。由圖2可知，反映古氣候變化的K/Ti比值表明，中侏羅統(tǒng)頭屯河組上部第1～11層季節(jié)性河流沉積時(shí)期，K/Ti比值曲線右偏且變化幅度不大，表示當(dāng)時(shí)古氣候以偏濕熱為主。由上侏羅統(tǒng)齊古組開(kāi)始，第12～45層廣泛的季節(jié)性曲流河沉積時(shí)期，K/Ti比值曲線整體向左偏移且變化幅度不大，僅在第23～26層向右偏移且具有小幅震蕩，表明齊古組沉積時(shí)期主要以干冷為主。上侏羅統(tǒng)喀拉扎組沉積時(shí)期，K/Ti比值曲線整體向左偏移且變化幅度不大，表明該組季節(jié)性辮狀河沉積時(shí)期同樣以干冷氣候?yàn)橹?。再者，圖2中由Sr/Ca比值所反映的古鹽度及鈣含量變化曲線表明，中侏羅世晚期—晚侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地以干旱氣候，水體較淺的淡水沉積環(huán)境為主，但局部有鹽水化的環(huán)境，可能因?yàn)闅夂蚋珊岛杩焖偈湛s形成鹽湖。

圖2 準(zhǔn)南郝家溝—頭屯河剖面中侏羅統(tǒng)頭屯河組上部—上侏羅統(tǒng)齊古組、喀拉扎組—下白堊統(tǒng)實(shí)測(cè)剖面圖Fig.2 The sedimentary facies succession of Haojiagou-Toutun River section in the southern Junggar Basin

圖3 郝家溝—頭屯河剖面頭屯河組—白堊系底部野外露頭宏觀特征Fig.3 The depositional characteristics of Haojiagou-Toutun River outcrop of Upper Toutunhe Formation to the bottom of Cretaceous

圖4 郝家溝—頭屯河剖面與瑪納斯河剖面中指示季節(jié)性河流沉積的重要相標(biāo)志Fig.4 The important sedimentary facies marks of ephemeral streams in Haojiagou-Toutun and Manas River outcrop

3 季節(jié)性河流的砂體構(gòu)型與成因分析

3.1 頭屯河組上部

頭屯河組上部季節(jié)性曲流河河道與邊灘砂體厚度一般為6～8 m(圖2)，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、楔狀交錯(cuò)層理、平行層理等沉積構(gòu)造，該段砂巖累計(jì)厚度為21 m。洪泛平原與決口扇沉積的褐紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖沉積厚度較大，一般10 m左右。該段季節(jié)性曲流河沉積砂地比為31.82%，由于河道邊灘砂體厚度較大，且曲流河沉積的“二元結(jié)構(gòu)”明顯，分析該時(shí)期季節(jié)性洪水來(lái)水穩(wěn)定，水動(dòng)力較強(qiáng)。

3.2 齊古組

上侏羅統(tǒng)齊古組發(fā)育典型的季節(jié)性曲流河沉積，如圖2與圖5所示，依據(jù)河道邊灘砂體沉積疊置樣式及厚度、洪泛平原與決口扇等沉積厚度以及曲流河二元結(jié)構(gòu)的發(fā)育程度，將該組沉積劃分為四個(gè)階段:①多期季節(jié)性較強(qiáng)水動(dòng)力洪水階段，如圖5A所示，該時(shí)期季節(jié)性洪水來(lái)水較頻繁且持續(xù)時(shí)間較短，河道砂體底部出現(xiàn)滯留泥礫沉積，單層河道及邊灘砂體較薄，一般厚2～3 m，但平面上連片分布。洪泛平原、決口河道及決口扇較發(fā)育，褐色、褐紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖厚度較大，是河道砂巖厚度的數(shù)倍;②較強(qiáng)水動(dòng)力季節(jié)性洪水穩(wěn)定來(lái)水階段，如圖5B所示，該時(shí)期季節(jié)性洪水來(lái)水較穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，河道底部滯留沉積不發(fā)育，以厚層狀砂巖沉積為主，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、楔狀交錯(cuò)層理、平行層理等沉積構(gòu)造，單層河道及邊灘砂體較厚，一般厚5～6 m。優(yōu)先充填的河道砂體較發(fā)育，向河道兩側(cè)翼延伸的后期充填砂體厚度較薄，平面上多呈孤立狀的“泥包砂”結(jié)構(gòu)(圖5B)。洪泛平原與決口扇較發(fā)育，天然堤與決口河道不發(fā)育，褐色、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等厚度較大，是河道砂巖厚度的數(shù)倍;③ 再次的多期季節(jié)性較強(qiáng)水動(dòng)力洪水階段，如圖5C所示，該時(shí)期季節(jié)性洪水來(lái)水較頻繁且持續(xù)時(shí)間短，河道砂體底部仍出現(xiàn)滯留泥礫沉積，單層河道及邊灘砂體較薄，一般厚2～3 m，但砂體垂向疊置厚度較第一期大，累計(jì)厚度可達(dá)10～12 m(圖2)，砂體平面上較連片分布。洪泛平原、決口河道及決口扇較發(fā)育，并出現(xiàn)較明顯重力流沉積。褐紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖厚度較大，是河道砂巖厚度的數(shù)倍;④多期季節(jié)性較強(qiáng)水動(dòng)力洪水階段，如圖5D所示，該時(shí)期季節(jié)性洪水來(lái)水較頻繁且持續(xù)時(shí)間較短，郝家溝—頭屯河剖面中河道沉積砂體不發(fā)育，以大規(guī)模的洪泛平原、決口河道及決口扇沉積為主，褐紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉細(xì)砂巖厚度較大(圖2)，決口河道砂體呈孤立狀分布(圖5D)。整體上齊古組較頭屯河組上部紅色沉積物明顯增多，顯示沉積環(huán)境逐漸變得干熱。齊古組砂巖累計(jì)厚度為59 m，砂地比為20.14%。

3.3 喀拉扎組

上侏羅統(tǒng)喀拉扎組發(fā)育季節(jié)性辮狀河沉積，巖性為灰色中—粗砂巖、中—細(xì)砂巖夾褐色薄層粉砂質(zhì)泥巖，河道砂體底部發(fā)育沖刷面，心灘內(nèi)發(fā)育大型槽狀錯(cuò)層理、平行層理。河道心灘砂體沉積厚度大，累計(jì)厚度可達(dá)50 m左右(圖2)，河漫灘泥粉砂巖沉積厚度薄，季節(jié)性辮狀河沉積的砂地比可達(dá)87.72%。反映了多期季節(jié)性特大和較持續(xù)的洪水暴雨使辮狀河道的水流能量劇增［48］，沉積負(fù)載量增大，攜帶大量泥沙較近源堆積。季節(jié)性辮狀河沉積的砂巖厚度大、平面上連片分布(圖5)。

4 季節(jié)性河流大面積砂體成因模式

4.1 古代季節(jié)性河流整體特征

古代季節(jié)性河流整體上具有如下特征:① 指示干旱氣候背景的紅層沉積(圖3A～D);② 季節(jié)性曲流河二元結(jié)構(gòu)明顯，且砂巖沉積厚度較泥粉砂巖薄(圖2、圖3A，B);③ 季節(jié)性曲流河下部發(fā)育正韻律巖相組合，上部多為反韻律巖相組合。底部多為具沖刷構(gòu)造及內(nèi)碎屑的細(xì)礫巖，泥礫為主(圖4A，B，C)，向上變?yōu)榇帧猩皫r、細(xì)砂巖、粉砂巖，頂部為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖的洪泛平原沉積，反韻律的沉積特征反映了決口扇和決口河道十分發(fā)育(圖2、圖3G)的特點(diǎn)，天然堤不發(fā)育;④古河道表層沉積物以細(xì)粉砂巖為主，含風(fēng)成沙夾層，反映了其沉積環(huán)境受風(fēng)水兩相作用［38］;⑤砂巖層理構(gòu)造以大型槽狀交錯(cuò)層理、平行層理、楔狀層理為主，并出現(xiàn)塊狀構(gòu)造、沙紋層理、粒序?qū)永淼?，以單向水流的牽引流為?圖3);⑥暴露成因構(gòu)造較常見(jiàn)，由沉積物露出水面處在大氣中，表面逐漸干涸收縮，或者受撞擊而成，如干裂［49］、雨痕［36］及鈣質(zhì)結(jié)核等［49］(圖4);⑦ 植物根跡不發(fā)育，無(wú)含煤地層出現(xiàn)，缺少沼澤微相，但洪泛平原中有少量植物碎屑(圖4);⑧ 存在異常水流活動(dòng)以及指示洪水重力流等沉積構(gòu)造(圖4);⑨存在能反映氧化、河流季節(jié)性活動(dòng)以及干旱氣候環(huán)境的豐富而獨(dú)特的遺跡化石組合［50-51］(圖4)。

圖5 郝家溝—頭屯河剖面季節(jié)性曲流河—季節(jié)性辮狀河的沉積砂體構(gòu)型演化Fig.5 The evolution of the sedimentary sand body architecture of ephemeral streams in Haojiagou-Toutun river outcrop

4.2 季節(jié)性河流大面積砂體成因模式

通過(guò)郝家溝—頭屯河剖面與瑪納斯河剖面中上侏羅統(tǒng)季節(jié)性河流砂體構(gòu)型與成因分析，并對(duì)比現(xiàn)今準(zhǔn)噶爾南緣現(xiàn)代季節(jié)性河流大面積分布砂體，建立了干旱氣候下盆地內(nèi)季節(jié)性河流大面積砂體成因模式:如圖6所示，季節(jié)性河流的活動(dòng)是周期性的，洪水猛烈而短暫并攜帶大量泥沙沖出山口，導(dǎo)致沉積物主要以席狀流迅速注入，形成洪積扇與季節(jié)性辮狀河沉積，發(fā)育寬而長(zhǎng)的辮狀河道砂體(圖6A)。季節(jié)性洪水反復(fù)暴發(fā)，部分沖刷先前存在的沉積物，形成季節(jié)性曲流河沉積。由于洪水強(qiáng)烈和溢岸水流豐富，新河道快速切蝕，老河道堵塞或廢棄。廣大洪泛平原區(qū)周期性的為洪水淹沒(méi)，在干旱時(shí)期逐漸蒸發(fā)易形成干鹽湖［32］。季節(jié)性曲河流沉積序列中一般缺乏明顯的天然堤，有利于形成側(cè)向穩(wěn)定的邊灘復(fù)合砂體(圖6B，D)，河道側(cè)向遷移能夠任意穿越廣闊的洪泛平原。河道側(cè)翼沉積的薄—中厚層狀細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖中，可見(jiàn)垂直型潛穴［50-51］。季節(jié)性曲流河溢岸泛濫從河道向外散開(kāi)，主要以席狀水流遍及河間地區(qū)，形成廣闊的席狀決口扇，許多下游河水由于滲漏和蒸發(fā)損失，逐漸消失于沖積層中［32］。

5 結(jié)論

運(yùn)用“將今論古”的方法，分析現(xiàn)今準(zhǔn)噶爾盆地南緣多條季節(jié)性河流的沉積體系、砂體展布特征，并對(duì)比研究郝家溝—頭屯河剖面、瑪納斯河剖面的中上侏羅統(tǒng)的巖相特征、巖石顏色、砂巖的沉積構(gòu)造與成因機(jī)制，認(rèn)為干旱氣候下的季節(jié)性河流沉積是形成準(zhǔn)噶爾盆地南緣大面積砂體分布的重要機(jī)理。上侏羅統(tǒng)齊古組季節(jié)性河流沉積可劃分為四個(gè)階段，季節(jié)性來(lái)水的動(dòng)力強(qiáng)弱、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短控制了沉積砂體構(gòu)型?？M沉積時(shí)期發(fā)育大規(guī)模的季節(jié)性辮狀河，砂體厚度大，分布面積廣，是重要的儲(chǔ)集體發(fā)育層位。干旱氣候條件下季節(jié)性河流沉積可能更加符合準(zhǔn)噶爾南緣上侏羅統(tǒng)大面積、厚層狀砂礫巖體及紅色砂泥巖沉積的成因機(jī)理。

致謝 參加野外工作的還有徐奉學(xué)、黃賢營(yíng)，中國(guó)石油大學(xué)(北京)的紀(jì)友亮、張麗媛、王寧等，對(duì)他們的工作及幫助表示感謝！審稿專(zhuān)家提出了寶貴的建設(shè)性意見(jiàn)，在此一并致謝！

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地干旱氣候背景下的季節(jié)性河流沉積砂體成因模式Fig.6 The sedimentary facies model of ephemeral streams in the Junggar basin in arid climate background

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